Файл: Рындевич. Основы экологии.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.09.2020

Просмотров: 4961

Скачиваний: 27

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

156 

бактерии

цианобактерии

 

и

 

зеленые

 

растения

могут

 

обитать

 

лишь

 

в

 

тех

 

частях

 

биосферы

куда

 

проникает

 

достаточное

 

количество

 

солнечной

 

энергии

Такими

 

местами

 

являются

 

атмосфера

 (

наземно

-

воздушная

 

сре

-

да

), 

верхний

 

слой

 

почвы

 

толщиной

 

в

 

несколько

 

миллиметров

хорошо

 

освещаемые

 

верхние

 

слои

 

водной

 

среды

достигающие

 

толщины

 

от

 

не

-

скольких

 

десятков

 

сантиметров

 

в

 

быстро

 

текущих

 

реках

 

до

 1 

км

 

и

 

более

 

в

 

прозрачных

 

водах

 

Мирового

 

океана

Таким

 

образом

распространение

 

зеленых

 

растений

 

и

 

других

 

фотосинтезирующих

 

организмов

 

в

 

био

-

сфере

 

зависит

 

от

 

степени

 

влияния

 

солнечной

 

энергии

.   

Зеленые

 

растения

 

не

 

поднимаются

 

в

 

горы

 

выше

 

чем

 

на

 6 200 

м

 

из

-

за

 

того

что

 

там

 

низкое

 

давление

 

углекислого

 

газа

 

и

 

отсутствует

 

жидкая

 

вода

Однако

 

отсутствие

 

растений

 

на

 

большой

 

высоте

 

не

 

является

 

препятствием

 

для

 

существования

 

некоторых

 

организмов

Так

выше

 

зоны

 

существования

 

растений

 

при

 

отсутствии

 

непосред

-

ственного

 

контакта

 

с

 

продуцентами

 

на

 

высокогорье

 

встречаются

 

пауки

 (Aranei), 

клещи

 

(Acariformes, Parasitiformes)

ногохвостки

 

(Collembola)

жуки

-

жужелицы

 (Carabidae), 

которые

 

питаются

 

орга

-

ническими

 

частицами

заносимыми

 

туда

 

ветром

или

 

ведут

 

хищный

 

образ

 

жизни

В

 

пустынях

 

Африки

 

и

 

Южной

 

Америки

на

 

лишенных

 

растительности

 

барханах

живут

 

жуки

-

чернотелки

 (Tenebrionidae), 

которые

 

также

 

питаются

 

только

 

мертвой

 

органикой

заносимой

 

ту

-

да

 

ветром

а

 

воду

 

получают

путем

 

конденсации

 

в

 

утренние

 

часы

 

на

 

поверхности

 

своего

 

тела

а

 

также

 

благодаря

 

распаду

 

липидов

.  

На

 

больших

 

глубинах

 

в

 

абсолютной

 

темноте

 

живут

 

хемосинте

-

зирующие

 

и

 

сапротрофные

 

бактерии

беспозвоночные

 

животные

такие

 

как

 

кишечнополостные

 (

морские

 

перья

 

(Umbellula)

), 

различ

-

ные

 

кольчатые

 

черви

 (Annelida) 

и

 

др

Большинство

 

из

 

них

 

питают

-

ся

 

мертвым

 

органическим

 

веществом

попадающим

 

из

 

верхних

освещенных

 

слоев

 

гидросферы

  (

мертвые

 

организмы

продукты

 

жизнедеятельности

 

живых

 

организмов

 

и

 

т

д

.).  

Очевидно

что

 

организмы

 

имеют

 

высокую

 

адаптивную

 

способ

-

ность

В

 

процессе

 

эволюции

 

они

 

приспособились

 

к

 

таким

 

условиям

в

 

которых

на

 

первый

 

взгляд

жить

 

невозможно

Экологическая

 

пла

-

стичность

 

некоторых

 

видов

 

по

 

отношению

 

к

 

ряду

 

экологических

 

фак

-

торов

 

поражает

Так

споры

 

и

 

мицелий

 

некоторых

 

грибов

 

не

 

теряют

 

жизнеспособности

 

даже

 

в

 

условиях

 

высокого

 

вакуума

 (10

–13

—10

–11

 

мм

 

рт

ст

.). 

Космический

 

вакуум

 

достигает

 10

–16

 

мм

 

рт

ст

.  

Отдельные

 

виды

 

бактерий

 

выдерживают

 

облучение

 

в

 2—3 

млн

 

рад

.  

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У


background image

 

157

Нескорые

 

виды

 

бактерий

 

переносили

 

температуру

 

жидкого

 

гелия

водорода

 

и

 

азота

Многие

 

более

 

высокоразвитые

 

организмы

 

выдержи

-

вают

 

полное

 

замораживание

 (

растения

грибы

насекомые

рыбы

земно

-

водные

). 

А

 

некоторые

 

высшие

 

растения

 

и

 

насекомые

 

могут

 

выжить

 

при

 

температурах

приближающихся

 

к

 

абсолютному

 

нулю

 (–273°

С

) [16]. 

В

 

противоположность

 

этому

 

некоторые

 

споры

 

грибов

 

и

 

бактерий

 

перено

-

сят

 

высокие

 

температуры

например

 

температуру

 

кипения

 

воды

.  

Существуют

 

микроорганизмы

живущие

 

в

 

сильно

 

концентриро

-

ванных

 

соляных

 

растворах

 (250 

мг

 / 

л

).  

Уникальны

 

приспособления

 

глубоководных

 

животных

организм

 

ко

-

торых

 

успешно

 

противостоит

 

давлению

 

многокилометровой

 

толщи

 

воды

.  

Именно

 

благодаря

 

этим

 

и

 

многим

 

другим

 

приспособлениям

 

живые

 

организмы

 

смогли

 

заселить

 

такие

 

разные

 

по

 

своим

 

характе

-

ристикам

 

среды

 

жизни

 

и

 

стать

 

могучим

 

геохимическим

 

фактором

 — 

живым

 

веществом

 

биосферы

.  

 
 

5.1.3 

Живое

 

вещество

 

биосферы

 

 

В

 

основу

 

учения

 

В

И

Вернадского

 

о

 

биосфере

 

положено

 

пред

-

ставление

 

о

 

планетарной

 

геохимической

 

роли

 

живого

 

вещества

 

в

 

образовании

 

биосферы

 

как

 

продукта

 

длительного

 

превращения

 

ве

-

ществ

 

и

 

энергии

 

в

 

ходе

 

геологического

 

развития

 

Земли

.  

Живое

 

вещество

 — 

это

 

совокупность

 

существующих

 (

или

 

су

-

ществовавших

 

в

 

определенный

 

отрезок

 

времени

живых

 

организ

-

мов

являющихся

 

мощным

 

геологическим

 

фактором

.  

В

 

пределах

 

биосферы

 

везде

 

встречается

 

либо

 

само

 

живое

 

веще

-

ство

либо

 

следы

 

его

 

деятельности

атмосферные

 

и

 

некоторые

 

гидро

-

сферные

 

газы

нефть

каменный

 

уголь

известняк

сланцы

,

торф

 

и

 

др

.  

В

 

отличие

 

от

 

живых

 

существ

 

на

 

всех

 

уровнях

 

их

 

организации

 

жи

-

вое

 

вещество

как

 

биогеохимический

 

фактор

в

 

понимании

 

В

И

Вер

-

надского

 

характеризуется

 

элементарным

 

химическим

 

составом

мас

-

сой

 

и

 

энергией

Оно

 

трансформирует

 

солнечную

 

энергию

 

и

 

вовлекает

 

неорганическую

 

материю

 

в

 

непрерывный

 

круговорот

Кроме

 

того

в

 

понятие

 

живого

 

вещества

 

входят

 

организмы

существовавшие

 

ранее

 

и

 

оставившие

 

следы

 

своей

 

жизнедеятельности

но

 

до

 

сих

 

пор

 

не

 

поте

-

рявшие

 

значение

 

как

 

геохимических

 

фактор

.  

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У


background image

 

158 

Одновременно

 

функционирующая

 

масса

 

живого

 

вещества

 

сравни

-

тельно

 

невелика

 — 

около

 1 / 6 · 10

–6 

массы

 

Земли

Это

 

составляет

 

около

 

0,01% 

массы

 

всей

 

биосферы

Несмотря

 

на

 

небольшую

 

относительную

 

массу

живое

 

вещество

как

 

говорилось

 

выше

является

 

мощным

 

геоло

-

гическим

 

фактором

Как

 

указывал

 

В

И

Вернадский

за

 

время

 

сущест

-

вования

 

жизни

 

все

 

наружные

 

слои

 

земного

 

шара

 

переработаны

 

орга

-

низмами

 

на

 99%! 

Данный

 

факт

 

является

 

еще

 

одним

 

подтверждением

 

эффективности

 

и

 

значимости

 

этого

 

фактора

 

в

 

истории

 

Земли

.  

Через

 

живое

 

вещество

 

многократно

 

прошли

 

атомы

 

почти

 

всех

 

хи

-

мических

 

элементов

В

 

конечном

 

итоге

 

живое

 

вещество

 

определило

 

состав

 

атмосферы

гидросферы

почв

большинства

 

осадочных

 

пород

.  

Наряду

 

с

 

понятием

  «

живое

 

вещество

» 

В

И

Вернадский

 

ввел

 

понятия

 «

косное

 

вещество

» 

и

 «

биокосное

 

вещество

».  

Косное

 

вещество

 — 

твердое

жидкое

 

и

 

газообразное

 

вещество

образующееся

 

без

 

участия

 

живых

 

организмов

в

 

совокупности

 

с

 

живым

 

и

 

биокосным

 

веществом

 

формирует

 

биосферу

.  

Примерами

 

являются

 

вещества

образующиеся

 

при

 

извержении

 

вулканов

газ

 

радон

многие

 

горные

 

породы

.  

Биокосное

 

вещество

 — 

косное

 

вещество

преобразованное

 

жи

-

выми

 

организмами

 (

вода

почва

ил

 

и

 

т

п

.).  

Между

 

живым

 

и

 

косным

 

веществом

 

существует

 

непрерывная

 

связь

 

во

 

время

 

дыхания

питания

размножения

 

живого

 

вещества

т

е

миграция

 

атомов

 

из

 

косных

 

тел

 

биосферы

 

в

 

живые

.  

Живое

 

вещество

 

биосферы

 

химически

 

и

 

геологически

 

очень

 

ак

-

тивно

как

 

говорилось

 

выше

При

 

его

 

участии

 

образуются

 

биогенные

 

(

каменный

 

уголь

нефть

известняк

 

и

 

др

.), 

а

 

также

 

биокосные

 

веще

-

ства

 (

почти

 

вся

 

вода

 

биосферы

почва

кора

 

выветривания

 

и

 

т

д

.).  

 
 

5.1.4 

Функции

 

живого

 

вещества

 

 

Различают

 

пять

 

главных

 

функций

 

живого

 

вещества

 

в

 

биосфере

энергетическую

газовую

концентрационную

окислительно

-

восстано

-

вительную

 

и

 

деструкционную

В

 

ряде

 

литературных

 

ис

-

точников

 

эти

 

функции

 

называют

 

функциями

 

биосферы

.  

Энергетическая

 

функция

 

— 

обеспечение

 

потока

 

энергии

 

через

 

живые

 

организмы

в

 

основном

 

за

 

счет

 

связи

 

биосферно

-

планетарных

 

явлений

 

с

 

космическим

 

излучением

 (

солнечной

 

радиацией

).  

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У


background image

 

159

В

 

основе

 

этой

 

функции

 

лежит

 

фотосинтетическая

 

деятель

-

ность

 

растений

 

и

 

фотосинтезирующих

 

бактерий

в

 

процессе

 

кото

-

рой

 

происходит

 

аккумуляция

 

солнечной

 

энергии

 

и

 

ее

 

перераспре

-

деление

 

между

 

отдельными

 

компонентами

 

биосферы

 (

рис

. 5.1.2). 

За

 

счет

 

накопленной

 

солнечной

 

энергии

 

протекают

 

практически

 

все

 

жизненные

 

явления

 

на

 

Земле

.  

В

 

некоторых

 

глубоководных

 

морских

 

экосистемах

 

использу

-

ется

 

не

 

солнечная

 

энергия

поскольку

 

солнечный

 

свет

 

туда

 

попро

-

сту

 

не

 

доходит

Такие

 

экосистемы

  (

например

экосистемы

суще

-

ствующие

 

на

 

склонах

 

подводных

 

вулканов

функционируют

 

за

 

счет

 

энергии

 

химических

 

превращений

 

соединений

 

серы

В

 

каче

-

стве

 

продуцентов

 

в

 

этих

 

сообществах

 

выступают

 

хемосинтези

-

рующие

 

бактерии

.  

Некоторые

 

бактерии

 

независимы

 

в

 

обеспечении

 

себя

 

органиче

-

ским

 

веществом

 

от

 

солнечных

 

лучей

Они

 

используют

 

для

 

жизне

-

деятельности

 

химическую

 

энергию

 

некоторых

 

химических

 

соеди

-

нений

например

 

минералов

богатых

 

кислородом

.  

 
 

 

 

Рисунок

 5.1.2 — 

Поток

 

энергии

 

в

 

биосфере

 (

по

 

Ф

Рамонду

, 1981 [16]) 

 

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У


background image

 

160 

Конечно

число

 

таких

 

видов

 

бактерий

 

небольшое

но

 

эти

 

орга

-

низмы

 

имеют

 

значительный

 

потенциал

 

размножения

Так

одна

 

бактерия

 

может

 

произвести

 

за

 

одни

 

сутки

 

несколько

 

триллионов

 

особей

Поэтому

 

нельзя

 

недооценивать

 

их

 

роль

 

в

 

энергетическом

 

обмене

 

в

 

биосфере

Хемотрофные

 

бактерии

 

играют

 

заметную

 

роль

 

в

 

геохимии

 

серы

железа

азота

Они

 

обитают

 

в

 

земле

морской

 

и

 

пресной

 

воде

донных

 

отложениях

 

и

 

т

п

.  

Газовая

 

функция

 

— 

осуществление

 

миграции

 

газов

 

и

 

их

 

пре

-

вращения

обеспечение

 

газового

 

состава

 

биосферы

.  

В

 

процессе

 

функционирования

 

живого

 

вещества

 

создается

 

ос

-

новная

 

масса

 

газов

 

в

 

биосфере

Биогенное

 

происхождение

 

имеют

 

азот

кислород

углекислый

 

газ

сероводород

метан

 

и

 

др

.  

Реализация

 

газовой

 

функции

 

живого

 

вещества

 

указывает

 

на

 

его

 

могущественность

 

как

 

геохимического

 

фактора

Ведь

 

именно

 

жи

-

вые

 

организмы

 

изменили

 

химический

 

состав

 

атмосферы

 

Земли

насытив

 

ее

 

кислородом

содержание

 

которого

 

в

 

настоящее

 

время

 

составляет

 

в

 

среднем

 

около

 21%. 

До

 

появления

 

жизни

 

доля

 

кисло

-

рода

 

в

 

атмосфере

 

составляла

 

всего

 

лишь

 

десятитысячные

 

процента

.  

Концентрационная

 

функция

 

— 

извлечение

 

и

 

накопление

 

живыми

 

организмами

 

биогенных

 

элементов

 

окружающей

 

среды

Состав

 

живого

 

вещества

 

существенно

 

отличается

 

от

 

состава

 

косного

 

вещества

 

плане

-

ты

В

 

живом

 

веществе

 

преобладают

 

атомы

 

водорода

углерода

азота

кислорода

натрия

калия

кальция

магния

алюминия

кремния

серы

хлора

 

и

 

т

п

Они

 

входят

к

 

примеру

в

 

состав

 

клеточных

 

мембран

 

и

 

ци

-

топлазмы

ферментов

 

и

 

гормонов

различных

 

пигментов

например

 

хлорофилла

  (

магний

), 

гемоглобина

  (

железо

), 

скелетных

 

образований

 

(

кальций

кремний

). 

Концентрация

 

этих

 

элементов

 

в

 

теле

 

живых

 

орга

-

низмов

 

в

 

сотни

а

 

иногда

 

и

 

в

 

тысячи

 

раз

 

выше

чем

 

во

 

внешней

 

среде

Этим

 

объяснятся

 

неоднородность

 

химического

 

состава

 

биосферы

.  

Окислительно

-

восстановительная

 

функция

 — 

химическое

 

превращение

 

веществ

содержащих

 

атомы

 

с

 

переменной

 

степенью

 

окисления

  (

соединения

 

железа

марганца

 

и

 

др

.). 

Благодаря

 

данной

 

функции

 

происходит

 

превращение

 

большинства

 

химических

 

соеди

-

нений

На

 

поверхности

 

Земли

 

преобладают

 

биогенные

 

процессы

 

окисления

 

и

 

восстановления

которые

 

происходят

 

либо

 

при

 

участии

 

организмов

либо

 

внутри

 

них

.  

Деструкционная

 

функция

 

обусловливается

 

разложением

 

орга

-

низмов

 

после

 

их

 

смерти

 

и

 

минерализацией

 

органического

 

вещества

.  

Ре

по

зи

то

ри

й

 

Ба

рГ

У